編號：畢業(yè)設(shè)計(論文) 說明書題院專目：（系）：業(yè)：消聲器后蓋復(fù)合模設(shè)計及制造工藝分析機電工程學院機械設(shè)計制造及其自動化學生姓名：學 號：指導(dǎo)教師單位：姓 名：職 稱：題目類型： 理論研究實驗研究?工程設(shè)計工程技術(shù)研究軟件開發(fā)? ? ? ?摘 要本論文是關(guān)于消聲器后蓋復(fù)合模設(shè)計及制造工藝分析的研究。消聲器是允許氣流通過，卻又能阻止或減小聲音傳播的一種器件，是消除空氣動力性噪聲的重要措施。消聲器能夠阻擋聲波的傳播，允許氣流通過，是控制噪聲的有效工具。采用復(fù)合模是因為復(fù)合模具有生產(chǎn)效率高、沖壓件質(zhì)量高的特點。且使用復(fù)合摸能在一個模具上完成整個零件的加工。而消聲器的制造是通過將板類加工而成，將板類金屬加工成毛坯，然后經(jīng)過沖孔、拉深、翻孔、翻邊等工藝工序。而在研究過程中必須要經(jīng)過計算才能得出各沖孔、拉深、翻孔、翻邊的凸凹模的尺寸，然后再結(jié)合使用壽命、精度、拆裝方便等要求確定凸凹模尺寸。然后再根據(jù)計算結(jié)果選用合適的模架、螺釘?shù)绕渌慵?，并且根?jù)要求選用合適的壓力機設(shè)備，通過進一步的計算確定所選的零件是否可以用，而壓力機設(shè)備的選用必須考慮其過載情況，因為一旦過載就會造成人員和設(shè)備的危險。本次零件外形簡單對稱，所有尺寸均為自由公差，對與零件在拉伸等變形后的厚度變化沒有要求，只要求表面不允許有皺著、劃痕、開裂等缺陷，并且斷裂口要求平整因此該零件可以經(jīng)過冷沖壓加工成型。由于該零件是大批量生產(chǎn)，所以在進行設(shè)計時應(yīng)當要注意總體結(jié)構(gòu)尺寸不能過大并且要簡單。通過計算得到零件的尺寸后使用二維 CAD 軟件畫出零件圖，并通過零件圖的裝配得到整個模具的裝配圖。最后經(jīng)過修改得到總裝配圖。并制作出凹模加工工序、凸模加工工序、凸凹模加工工序。最后編寫出裝配過程。關(guān)鍵詞：模具；沖壓；拉深；翻孔；翻邊；CAD 畫圖AbstractThis paper is about the muffler back cover compound die design and manufacturingprocess analysis research.Muffler is allowed to flow through, but also can prevent or reduce the spread of voicedevice, is one of the important measures to eliminate the air dynamic noise. Muffler canprevent the spread of sound waves, allowing the airflow through, is an effective tool to controlnoise. Using composite die because composite modulus has the characteristics of theproduction of high efficiency and high quality of stamping parts. And the use of compositetouch can complete the whole parts in a mold processing. And the manufacture of muffler isby putting a plate type and plate type metal processing into blank, and then after punching anddeep drawing, turn over the hole and flanging process procedure. And in the process ofresearch must be calculated to various punching, deep drawing, double the size of the holeflanging, intensive, and then combined with the service life, accuracy, the requirement ofdismantling is convenient wait for a convex concave die size. And then according to thecalculation results to choose appropriate die set, screws and other parts, and choose properpress equipment according to the requirement, by further calculation to determine whether theselected parts can be used, and the selection of press equipment must consider its overloadsituation, because once the overload will cause the risk of personnel and equipment. Thesimple parts shape is symmetrical, all size tolerance for freedom, the changes with thethickness of the parts after the tensile deformation such as there is no requirement, onlyrequire surface are not allowed to have a wrinkly, scratches, cracking and other defects, andfracture require flat so the parts can pass cold stamping molding. Because the parts are massproduction, so in the design should pay attention to the overall structure size not too big andsimple.Is obtained by computing the size of the parts after using A two-dimensional CADsoftware draw the part drawing, and through the assembly to get the part drawing in the moldassembly drawing. The last modified general assembly drawing. Machining process andmaking the concave die, punch processing working procedure, intensive processing process.The last write assembly process.Keywords：mold；Stamping；Deep drawing；Double hole；Flanging；CAD drawing目 錄1 引言..11.1 模具的發(fā)展前景. 11.1.1 中國模具市場前景廣闊 11.1.2 模具產(chǎn)品市場競爭力不斷提升 11.1.3 模具行業(yè)發(fā)展速度持續(xù)增長11.1.4 模具行業(yè)機遇和挑戰(zhàn)并存11.2 冷沖模的發(fā)展22 工藝方案的分析.32.1 零件工藝性分析. 32.2 工藝方案的分析和確定32.3 確定排樣方式42.3.1 計算材料利用率42.3.2 確定排樣方案63 消聲器后蓋展開形狀及尺寸的確定 73.1 沖孔、翻邊部分展開計算.73.2 拉深件展開計算 73.2.1 確定修邊余量83.2.2 確定拉深工件毛坯直徑84 拉深工序主要工藝參數(shù)計算. 94.1 確定是否用壓邊圈 94.2 拉深次數(shù)和拉深系數(shù)的確定94.3 拉深模的圓角半徑95 四工序復(fù)合模的設(shè)計 105.1 計算總壓力105.1.1 沖裁力的計算105.1.2 卸料力的計算105.1.3 沖孔力的計算105.1.4 頂件力的計算115.1.5 拉深力的計算115.1.6 壓邊力的計算125.1.7 翻邊力的計算135.1.8 總壓力的計算135.2 壓力機噸位的選擇 135.3 確定模具壓力中心 135.4 模具工作部分尺寸計算.135.5 四工序復(fù)合模結(jié)構(gòu)的設(shè)計 175.5.1 凹模5.5.21719選擇模架及確定其他沖模零件5.5.3 凸模215.5.4 沖模各零件的材料及熱處理要求225.5.5 卸料板確定235.5.6 模具結(jié)構(gòu)的計算245.5.7 沖壓設(shè)備的選擇246 四工序復(fù)合模的制造 266.1 沖模制造的概述266.2 沖模具體制造過程. 276.2.1 冷沖模模架的制造276.2.2 沖模成形零件的加工277 四工序復(fù)合模的裝配說明書. 30總 結(jié).34謝 辭.35參考文獻. 3611.1引言模具的發(fā)展前景1.1.1 中國模具市場前景廣闊由于中國的各種政策和市場空間擴張的影響，中國龐大的模具用戶領(lǐng)域，如汽車，家用電器，機械，IT 信息產(chǎn)業(yè)，包裝，建筑材料，日用品行業(yè)發(fā)展迅速。同時，這些的行業(yè)對模具的要求有所提高，從而大力促進了模具行業(yè)的發(fā)展，使得其發(fā)展速度飛速，明顯高于其他制造業(yè)?，F(xiàn)如今，世界模具市場處于賣方市場狀態(tài)，盡管近幾年來的市場總額一直處于 600～650 億美元的較高水平，但是我國模具出口僅占不到 8％的份額。目前，國內(nèi)外均保持看好我國模具行業(yè)，因此我國模具行業(yè)未來國際模具市場前景廣闊，有較大發(fā)展空間。1.1.2 模具產(chǎn)品市場競爭力不斷提升如今，我國模具行業(yè)面臨著兩重壓力。第一是來自工業(yè)發(fā)達國家的技術(shù)優(yōu)勢，第二是來自發(fā)展中國家價格優(yōu)勢。前者在進入我國后，依附其技術(shù)優(yōu)勢和能力，在中高檔模具方面擁有競爭優(yōu)勢，從而對我國的模具行業(yè)構(gòu)成了巨大挑戰(zhàn)；后者比如像印度、泰國等這些國家的模具工業(yè)成長也很快，它們憑借強烈的價格優(yōu)勢來打擊我國的競爭優(yōu)勢，并使之逐漸減弱。中國模具企業(yè)要想提高自身模具產(chǎn)品的國際競爭力，就必須踴躍引進國外先進的模具制造技術(shù)，通過對模具產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理有效的調(diào)整和產(chǎn)品質(zhì)量的提高來達到這個目的。同時，企業(yè)也要注重其經(jīng)營管理和人才的培養(yǎng)。1.1.3 模具行業(yè)發(fā)展速度持續(xù)增長近年來，我國模具業(yè)開始出現(xiàn)一些新的模具生產(chǎn)較集中的地區(qū)，不再僅限于原來較發(fā)達的珠三角、長三角地區(qū)，而是開始向內(nèi)地和北方擴展， 。伴隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，各類模具需求大戶行業(yè)如汽車、航天航空、家電、機械和建材行業(yè)的發(fā)展也給模具行業(yè)的發(fā)展提供了牢靠的支撐。據(jù)有關(guān)資料顯示，以家電行業(yè)為例，一臺電冰箱需用模具約 350 套；而一臺全自動洗衣機則需用模具 150 多套；以 IT 行業(yè)為例，每個型號的電腦約需模具 30 多套，加上與其配套的打印機，每臺電腦需模具 20 多副。目前，因為市場上的模型多為海外開發(fā)，中國模具進口較多，模具的需求量也將隨著我國自身發(fā)展能力的提高而快速增長。明顯能夠預(yù)感到我國模具行業(yè)將在如此良好的條件下得到飛快的成長。1.1.4 模具行業(yè)機遇和挑戰(zhàn)并存全球局勢給模具行業(yè)發(fā)展帶來了史無前例的發(fā)展機遇，同時更帶來了加倍激烈的競爭與挑戰(zhàn)。國內(nèi)許多像蕭山、寧波、上海等發(fā)達城市，都在大力發(fā)展模具制造工業(yè)，旨在滿足全球模具的高需求。如作為日本一家專業(yè)的模具企業(yè)，蕭山友成模具公司的年銷1售收入達到兩億元，并將準備在香港上市；在中國模具行業(yè)里，浙江黃巖模具無論是在設(shè)備、管理、技術(shù)上都處于較高的水平；作為曾經(jīng)的全國模具行業(yè)龍頭老大的上海正想恢復(fù)往日雄風，目前正在大力建設(shè)上海市模具中心；蘇州也打算在高新區(qū)建造一個占地面積達 2000 畝的高水平的與國際接軌的現(xiàn)代化模具工業(yè)基地；擁有三千家模具企業(yè)的汕頭塑料機械模為了提高模具的性能和質(zhì)量，積極引進國內(nèi)外地區(qū)最新的數(shù)控模具加工裝備。世界模具行業(yè)正在蓬勃發(fā)展，面對著如此一個好機會，國內(nèi)很多的省市也都紛紛抓住機遇，努力發(fā)展模具工業(yè)，推動中國的進一步發(fā)展。1.2 冷沖模的發(fā)展遠在 4000 年前的青銅器時期，我國古代人民就發(fā)現(xiàn)了金屬在受到錘擊后能夠產(chǎn)生形變的特性，特別是到了后來的戰(zhàn)國時期，我們的祖先已經(jīng)能達到練劍淬火的程度。隨著時間的推移，我們的人民也逐漸學會通過錘擊金屬制造出日常生活中所需要用到的兵器和用品。與此同時，在我國漫長的歷史長河中，出現(xiàn)的各種由金、銀、銅等金屬制成的產(chǎn)品，更是體現(xiàn)了我國勞動人民的智慧和精湛的技藝水平。由此能夠看出，冷沖壓工藝在中國有著非常久遠的歷史。在近代，特別是從 1920 年開始，各式各樣的金屬制品、玩具等越來越走進人們的生活，普遍的出現(xiàn)在尋常百姓家。為了達到提高該行業(yè)社會生產(chǎn)力的目的，沖床、壓力機等基礎(chǔ)機械裝備及相應(yīng)的模具開始在工業(yè)中投入使用。但是當時工廠投用的機械設(shè)備功率普遍較低，生產(chǎn)工藝的發(fā)展仍處于初步的階段，導(dǎo)致社會生產(chǎn)力水平低下。同時，模具加工業(yè)主要使用的是手工加工，出現(xiàn)模具精度低，損壞率大的現(xiàn)象。社會生產(chǎn)力的發(fā)展推動著冷沖模制造工藝的進步，模具企業(yè)開始引入水壓機冷沖模、磨床、銑床和鋸床等各種機械設(shè)備，并通過硬度計、內(nèi)外徑測定器等高精密測量設(shè)備的使用，使得冷模具精度提高。隨后到了六七十年代，模具生產(chǎn)工廠則開始大量使用生產(chǎn)沖壓機床，如此一來促進了冷沖模具從單沖落料單沖孔模具向落料沖孔復(fù)合模的轉(zhuǎn)變。隨著冷沖模架標準件的出現(xiàn)，冷沖模具工藝得到了很大的改進，模具設(shè)計結(jié)構(gòu)形式更多樣化和模具精度更高 。隨著模具行業(yè)各種技術(shù)水平的提高，冷沖模具的使用壽命也普遍提高了 5~7 倍。到了現(xiàn)代，模具的應(yīng)用日益普遍，由于計算機的出現(xiàn)，CAD/CAE/CAM 技術(shù)的成熟模具發(fā)展無論在數(shù)量上還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力上得到了更快的發(fā)展，然而,因為我國在成長期間經(jīng)驗積攢上的落伍使得在與世界先進水平相比還是相差甚遠，包括在大型、精密、繁雜、長壽命等高檔模具上仍需要大批的進口，尤其是中高檔轎車的覆蓋件模具。但是在低端模具的供應(yīng)上則是供過于求，市場競爭激烈。2[1]2．工藝方案的分析2.1 零件工藝性分析消聲器作為日常生活中用處比較廣泛且能夠有效控制噪聲的一種工具，其是在允許氣流通過的同時，通過消聲器前方多孔擋板的多次減壓作用，有效阻擋聲波的傳播，最終將廢氣排到外界。圖 2.1 為消聲器的后蓋，由Q235AF 材料制作，板的厚度為1.5mm。該零件制造需要經(jīng)過落料、沖孔、翻邊、拉伸而得到。該零件的側(cè)面圖屬于軸對稱圖形，外部形狀簡單對稱，全部尺寸均為自由公差，除了零件表面不能夠有皺褶、劃痕、開裂等缺陷以外，斷裂口還需要保持平整，因而該零件能夠經(jīng)過冷沖壓加工成型。在該零件的大批量生產(chǎn)設(shè)計過程中，必須注意總體結(jié)構(gòu)尺寸不能過大。2.2 工藝方案的分析和確定沖壓件的基本工序為落料、沖孔、拉深和翻邊。本零件都會用到上述幾道工序，所以可以有以下幾種工藝方案：[2]方案一：先落料、拉深后沖孔，最后翻邊。采用單工序模生產(chǎn) 。方案二：落料、拉深、沖孔、翻邊級進沖壓。采用級進模生產(chǎn)。方案三：落料、拉深、沖孔、翻邊復(fù)合沖壓。采用復(fù)合模生產(chǎn)。通過比較方案的設(shè)計可以得出，方案一的特點是各個序使用的模具結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，也能達到較高精度，但是由于工序與下一道工序容易產(chǎn)生較大誤差，而且要用到四套模具，要大批量生產(chǎn)的話會比較困難。方案二是級進模，級進模的特點是可以在一副模具上完成工件所需要的所有工序，并且因為多為自動送料連續(xù)工作，手沒必要入危險區(qū)域，較方案一安全，同時可以比方案一少用壓力機，減少了占地面積，減少半成品的周轉(zhuǎn)，但是材料利用率較低，多使用條料和帶料，載體要有足夠的強度，且模具成本較高。方案三為復(fù)合模，復(fù)合模雖然結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是相對于其他模具工藝來說，生產(chǎn)效率高。在加工過程中，復(fù)合膜的全部工序都是在一套模具上完成，很大程度降低了沖壓設(shè)備的占用率，使周轉(zhuǎn)時間縮短，生產(chǎn)率提高，同時提高了沖壓件的位置精度。對比方案一，復(fù)合膜因為零件外形是簡單的對稱形狀，因此制造簡單。對比方案二，復(fù)合膜具有結(jié)構(gòu)較小且操作簡單的特點。綜上考慮分析，故采用方案三比較合適。經(jīng)過確定，本零件采用的模具是：落料、拉深、沖孔及翻邊的符合模具。3圖 2.1 消聲器后蓋2.3 確定排樣方式根據(jù)零件外形，決定采用直排和多行排。樣式如圖 A，圖 B 兩種。圖 A2.3.1 計算材料利用率計算沖裁件面積：A ??D 2圖 B/ 4 ?18136.64mm 2表 2.1 沖裁金屬材料的搭邊值查表 2.1 選間距值。（1） 、方式 A 時：①手送料搭邊 a1 ??1.5mm a ??2mm條料寬度B ??D ??2a ??c式中 D ：沖裁件與送料方向垂直的最大尺寸， (mm ) ；a ：沖裁件與條料側(cè)邊的搭邊， (mm) ；4手送料 自動送料料 厚邊距 a 工件間距a1 邊距 a 工件間距 a1… … … … …1～2 2 1.5 3 2… … … … …[3]c ：條料下料時的下偏差， (mm) ， c ??1mm ；則 B ??152 ??2 ??2 ? 1 ??157mm步距S ??D ??a1式中 D ：平行于送料方向的沖裁件寬度， (mm) ；1則 S ??152 ??1.5 ? ?153.5mm一個步距的材料利用率BS 157 ?153.5②自動送料搭邊 a1 ??2mm a ??3mm條料寬度B ??D ??2a ??c??152 ??2 ??3 ??1 ??159mm步距S ??D ??a1??152 ??2 ??154mm則一個步距的材料利用率BS 159?154（2）方式 B 時：①手送料搭邊 a1 ??1.5mm a ??2mm條料寬度B ??3D ??2a ??2a1 ??c則 B ??3?153??2? ?2 ??2?1.5 ?1 ??464mm步距S ??D / 2 ??a1??152 ??2??1.5 ??77.5mm一個步距的材料利用率BS 464 ??77.5②自動送料搭邊 a1 ??2mm a ??3mm 條料寬度B ??3D ??2a ??2a1 ??c5：沖裁件之間的搭邊值， ；nA 1??18136.64?????????100% ???????????????100% ??75.257%nA 1?18136.64????????100% ?????????????100% ??74.069%nA 1.5?18136.64????????100% ?????????????????100% ??75.653%步距??3 ?152 ??2 ??3 ??2 ??2 ??1??467mmS ??D / 2 ??a1??152 ??2 ??2 ??78mm則一個步距的材料利用率BS1.5?18136.64467??78 ?100% ??74.686%2.3.2 確定排樣方案經(jīng)過計算，不管是自動送料還是手動送料，采用方式 B 比使用方式 A 的材料利用率高，但我們也可看到方式 B 的模具結(jié)構(gòu)必然會增加，使得尺寸增大，并且再利用率上提高不到 1% ，所以綜合考慮排樣方式還是決定選用方式 A。6nA????????100% ?33.1消聲器后蓋展開形狀及尺寸的確定沖孔、翻邊部分展開計算工序順序應(yīng)該是先沖孔后翻邊。所謂的沖孔工序就是要先在毛坯上做出孔，并計算出它的大小。在計算孔的大小時，應(yīng)該從翻邊直徑和翻邊高度兩個方面來考慮。但是因為翻邊材料是以橫截面操作為主，對徑向的影響很小，所以，我們可依據(jù)彎曲工件中性層長度不變的原理近似計算出孔的直徑。(1)預(yù)沖孔直徑按下式計算：d ??D ??2( H ??0.43r ??0.72t)式中 D ：翻孔后孔的中徑 (mm) ；H ：翻孔后直邊的高度 (mm) ；r ：圓角半徑 (mm) ；t ：材料厚度 (mm) ；則 d ??43.5??2? ?(8??0.43??3??0.72 ?1.5) ??32.24mm(2)翻孔因數(shù):D 43.5(3)翻邊高度：表 3.1 低碳鋼的極限翻孔因數(shù)查表 3.1 得 mmin ??0.52 ??m ??0.741則最大翻邊高度：2D??0.43r ??0.72t? 2 (1??mmin ) ??0.43r ??0.72t? 43.52 ??(1??0.52) ??0.43??3 ??0.72?1.5??13.2mm ??h ??8mm因此，要想達到高度為 8mm 的邊通過一次翻孔就可以了，所以預(yù)制孔的直徑d=32.24mm。3.2 拉深件展開計算在拉伸過程中，物料會發(fā)生較大的物質(zhì)流動，但是經(jīng)過試驗表明，在形狀上，操作7比 值 d / t孔的加工方法50 35 20鉆孔去毛刺 0.60 0.52 0.45用沖孔模沖孔 0.65 0.57 0.52m ???????????????0.741d 32.24D ??dh ?時所用到的坯料和拉深件橫截面輪廓通常相差不大。工件橫截面輪廓的形狀可以分為圓形、方形、長方形三種，而坯料的形狀可分成圓形、類似方形、類似長方形三種。毛坯的周邊理應(yīng)是平滑的弧線，因此，對于旋轉(zhuǎn)體來講，毛坯的形狀毫無疑問是一塊圓形的木板，我們只需求它的直徑。經(jīng)過拉深后，拉深件和坯料在重量、體積上沒有發(fā)生變化，對于在拉伸過沉重材料厚度不改變的拉伸，即使材料會有厚度上的改變，但經(jīng)過試驗表明，這種變化時細微的，所以，我們在確定坯料尺寸時，可以近似地認為坯料面積等于拉深件表面積。通常在拉伸件的整個拉深過程當中，其口部或凸緣周邊處會出現(xiàn)不齊的現(xiàn)象，所以，我們需要對拉伸件有一個修邊操作，因此在計算毛坯尺寸時需要將修邊余量后的零件尺寸加上再進行展開計算 。修邊余量用 ?h 表示。3.2.1 確定修邊余量按照中線尺寸計算，確定修邊余量2 2 ??20.25mmd ??126 ??t ??126 ?1.5 ??124.5mm則工件的相對高度h / d ??20.25/124.5 ??0.163因為比值較小，所以可不進行修邊。3.2.2 確定拉深工件毛坯直徑拉伸工件毛坯的外部形狀通常和工件的橫切面基本一樣，均可看成是圓形。因為不計拉伸后變薄現(xiàn)象，即面積不變，則可通過等面積法計算出毛坯直徑 。將工件分為五個簡單幾何體：A1 ???Ddh ??3.14?126??9 ??3560.76mm2 24 4A4 ???dh ??3.14??42??5 ??659.40mm2 2???????????i ?1 ?8[4]t 1.5h??21??????21?[5]2??????????????3.14A ????r(?d ??4r ) ????????12??(3.14?102 ??4 ?12) ??6938.40mm????????A ????d ????d ??0.785d ??0.785d ??6358.50mm2???????????????3.14A ????r (?d ??4r) ?????????3 ??(3.14 ??48 ??4 ?3) ??635.37mm54 4 4D??????A ?????????A ??????(3560.76 ??6938.40 ??6358.50 ??659.40 ??635.37) ??152mm144.1拉深工序主要工藝參數(shù)計算確定是否用壓邊圈D 152D 152表 4.1 采用壓邊圈的基本區(qū)分范圍拉伸方式 tD ?100用壓邊圈不用壓邊圈用（或不用）壓邊圈??1.5??2.01.5 ~ 2.0查表 4.1 由于 0.99 ??1.5 ，故需要壓邊圈4.2 拉深次數(shù)和拉深系數(shù)的確定因需要壓邊圈，則根據(jù)表格 4.2表 4.2 無凸緣圓桶用壓邊圈拉深時的極限拉深因數(shù)拉深因數(shù)毛坯的相對厚度 tD ?100m1…2 ~ 1.50.48 ??0.50…1.5 ~1.00.50??0.53…1.0 ~ 0.60.53 ??0.55…0.6 ~ 0.30.55 ??0.58…0.3 ~ 0.150.58??0.60…0.08 ~ 0.150.60 ??0.63…由表格 4.2 查得 m1d??0.53m1 ??0.53 ? D ??0.82 ，即而已一次拉深成型。4.3 拉深模的圓角半徑凹模圓角半徑 r 凹對拉深作業(yè)具有重大影響。無論是 r 凹過大還是過小，結(jié)果都不太好。當 r 凹太小時，工件很容易發(fā)生劃痕、變薄乃至是拉裂的現(xiàn)象，降低模具的使用年限。r 凹太大時，壓邊圈下的毛坯會懸空，毛坯會因壓邊面積的減少而產(chǎn)生易起皺的現(xiàn)象。但毛坯若是不起皺，r 凹的數(shù)值相對越大越好。我們可由經(jīng)驗公式求得 r 凹的最小值。r 凹 ??0.8 (D ??d)t??0.8? (152 ?124.5) ?1.5 ??5.13由于凹模圓角半徑要比 r 凹大，且為了易于加工制造，可取 r 凹 ??10mm和凹模圓角半徑 r 凹一樣，凸模圓角半徑 r[6]凸在拉伸過程中對拉深也是有影響的。當r 凸太小時，角部彎曲變形大，容易拉斷 。當 r 凸太大時，毛坯則容易發(fā)生局部的厚度變[7]薄和內(nèi)皺現(xiàn)象?？扇⊥鼓A角半徑等于凹模圓角半徑，即 r 凸 ??r 凹 ??10mm 。9d 124.5拉深因數(shù)m ?????????????? ?0.82t 1.5毛坯相對厚度?????100 ? ??????100 ??0.9955.1四工序復(fù)合模的設(shè)計計算總壓力該模具采用彈性卸料和上出料的方式5.1.1 沖裁力的計算沖裁力計算公式?jīng)_LF）沖 ??1.3Lt? b ( N )：沖裁件的周長（ mm ）t ：材料厚度（ mm ）b a表 5.1 黑色金屬的力學性能材料名稱普通碳素鋼牌號Q195Q215Q235Q225材料狀況未退火抗剪強度??/ MPa260-320270-340310-380340-420抗拉強度?b / MPa320-400340-420380-470420-520查表 a則沖裁力為： F 沖 ??1.3??477.3?1.5??310??288527.85N??288.53KN5.1.2 卸料力的計算卸料力計算公式KF 卸 = K 卸 F 沖 ( N )式中 卸：卸料力因數(shù)表 5.2 卸料力因數(shù)查表 5.2，取 K 卸 ??0.07卸料力則為：K 卸 ??0.07 ??288.53 ??20.20 KN5.1.3 沖孔力的計算沖孔力計算公式 F 沖孔 ??1.3Lt? b (N )10材料厚度 / mm K 卸??1 0.02 ~ 0.061 ~ 5 0.06 ~ 0.08式中 ：沖裁力（：材料剪切強度（ ）5.1式中 L ：工件外輪廓周長L ??3.14 ?32.24 ??101.2mm則沖孔力為：F 沖孔 ??1.3?101.2?1.5? 310??61175.4N ??61.18KN5.1.4 頂件力的計算頂件力計算公式 F 頂 ??K 頂 F 沖孔式中 K 頂為頂料力因數(shù)表 5.3 推件力和頂出力的因數(shù)查表得 K 頂 ??0.08頂件力為：F 頂 ??0.08 ??61.18 ??4.89KN因為采用彈性卸料和上出料的方式所以沖壓工藝總力F 總 ??F 沖 ? ?F 卸 ??F 沖孔 ??F 頂 ??288.53 ??20.20 ??61.18 ??4.89 ??374.8KN5.1.5 拉深力的計算采用壓邊圈的圓桶形件，其拉深力為b式中 F 拉：拉深力 ( N )K ：修正因數(shù)，見表 5.4d ：拉深件直徑 (mm) ， d ??124.5mmt ：材料厚度( mm) ， t ? ?1.5mm??b ：材料的強度極限( mpa ) ，查表 5.1 得?表 5.4 修正因數(shù) K 的數(shù)值b ??380MPa11料厚 / mm K 推 K 頂??0.1 0.1 0.14??0.1 ~ 0.5 0.065 0.08??0.5 ~ 2.5 0.05 0.06m1 0.55 0.57 0.60 0.62 0.65 0.67 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80K1 1.00 0.93 0.86 0.79 0.72 0.66 0.60 0.55 0.50 0.45 0.40m2 0.70 0.72 0.75 0.77 0.80 0.85 0.90 0.95K2 1.00 0.95 0.9 0.85 0.80 0.70 0.60 0.50F ??K?dt?查表 5.4 得 K ??0.80則 F 拉 ??0.80??3.14?124.5? 1.5?380??178264.08N??178.26KN5.1.6 壓邊力的計算壓邊力的選擇要適當，壓邊力過大，工件會被拉斷；壓邊力過小，工件凸緣會起皺。壓邊力的計算公式見表 5.5、表 5.6 。表 5.5 壓邊力的計算公式拉深情況拉伸任何形狀的工件?公FQ2式??Ap2圓筒件第一次拉深（用平板毛坯） FQ ? 4 [ D4??( d12??2r2凹 ) ] p圓筒件以后各次拉深（用圓筒形毛坯） FQ ? ? ( dn?1 ??dn ) p表 5.6 在單動壓力機上拉深時單位壓邊力的數(shù)值式中 A：在壓邊圈下的毛坯投影面積 (mm)：單位壓邊力 ( MP a ) ，見表 5.6D ：平板毛坯直徑 (mm)：第 n 次拉深直徑 (mm)凹由表確定壓邊力計算公式4由前面的計算有， D ??152mm ，查表 5.6 得 p ??3MPa?????2 2 3.14d ??126mm則 F 壓邊 ? 4 [ D ??d ] p ? 4 [152?126] ??3MPa??17.0KN12材料名稱 單位壓邊力 p/ MPa… …08 鋼、20 鋼、鍍錫鋼板 2.5 ~ 3.0… …[8]pdr?F ????[ D ??d ] p5.1.7 翻邊力的計算F 翻 ??1.1???s ( D ??d )式中 ? s ：材料的屈服強度，查手冊得 ? s ??235MPaD :翻邊直徑， （按中線計） ， D ??4 ??1.5 ??43.5mmd ：毛坯厚度 (mm)翻頂件力取翻邊力的 10% 為F 頂 ??0.1??F 翻 ??0.1?13.7 ??1.37KN5.1.8 總壓力的計算總壓力 F 總 ??F 拉 ??F 壓邊 ? F 翻 ? F 頂F 總??178.26 ?17.0 ??13.7 ?1.37 ??210.33KNMAX ??374.8KN5.2 壓力機噸位的選擇為了防止過載，壓力機設(shè)備的公稱壓力 F 壓 ??(1.6 ~ 1.8) F 總 MAX，所以 F 壓??586.3 ~ 659.5KN5.3 確定模具壓力中心由于本零件為簡單對稱結(jié)構(gòu)，如圖 5.1O所示，壓力中心應(yīng)選擇坐標系中心，即零件中心 O 點處。5.4 模具工作部分尺寸計算 圖 5.1 壓力中心沖壓模具主要的工作部件為落料凹模、落料拉深凸凹模、沖孔凸模、沖孔翻邊凸凹模等組成。沖裁間隙指的是沖裁模凸、凹模刃口的尺寸之差，其雙面間隙用 Z 表示，單面間隙為 Z / 2 ；作為沖模設(shè)計中的一個及其重要的工藝參數(shù)，沖裁間隙的大小對沖裁件的斷面質(zhì)量、沖裁力、模具壽命等的影響是巨大的 。設(shè)計模具時必須對間隙值進行合理的選擇，使能夠提高模具的使用壽命和加工精度。間隙值的選取要在最大間隙值和最小間隙值之間。13則[9]表 5.7 落料沖孔模刃口始用間隙查表 5.7 得Zmin ??0.132mm Z max ??0.240mmZmax ??Z min ??0.240 ??0.132 ??0.108mm（1）落料刃口尺寸計算表 5.8 規(guī)則形狀（圓形、方形件）沖裁時凸模與凹模制造公差 ( mm)查表 5.8 得? 凸 ??0.030 ? 凹??a??0.040； 0凹模尺寸為 Da ??( D ??x?) 0 凸模尺寸為 Dt ??(Da ??Z min)?? t式中 Dt 、 D??、 ?a ：落料凸、凹模尺寸( mm)：分別為凸模公差、凹模公差t a?： 工件制造公差 (mm) ， ????1mmx ：因數(shù)，可查表 5.914… 08、10、15、鋼板、Q235 …材料名稱… Zmin Zmax …厚度 t … …… … … … …1.5 … 0.32 0.240 …… … … … …基本尺寸 凸模公差 ??凸 凹模公差 ??凹??18 0.020 0.020??18 ~ 30 0.020 0.025??30 ~ 80 0.020 0.030??80 ~ 120 0.025 0.035??120 ~ 180 0.030 0.040表 5.9 因數(shù) x材料厚度 t / mm11~ 2…0.75??0.16??0.20…圓形 x 值工件公差 ??/ mm0.5??0.16??0.20…由表 5.9 得 x ??0.5Da ??(152 ??0.5?1) 0.04000??151.500校核：??a ???t ??Z maxDt??Z??(151.5 ??0.240)min?0.030 ??151.26 ?0.0300.040 ??0.030 ??0.070 ??0.240 ??0.132 ??0.108經(jīng)計算證明所取的??凸、? ?凹 是合適的，并且凸模與凹模可以單獨加工，但是考慮到零件要求和模具制造情況，可以適當放大制造公差為：??t ??0.4(Z max ??Z min ) ??0.4??0.108 ??0.043mm??a ??0.6( Zmax ??Zmin ) ??0.6??0.108 ??0.065mm所以 Da ??151.50 mmDt ??151.38?0.043 mm(2)沖孔刃口尺寸計算查上表得??t ??0.020mm凸模尺寸為： d ??( d ??x? ) 0?a ??0.030mmt a ?? t凹模尺寸為： d a ??(d t ??Z min)??0a式中 d a 、 dt ：沖孔凹、凸模基本尺寸( mm)??：工件制造公差 ( mm) ， ????0.62mmx ：因數(shù)，可查表 5.4.1.1-20 0則 dt ??(32.24 ??0.5??0.62)?0.030?0.020?0.030??32.55??0.020 mmda ??(32.55??0.132) 0 ??32.680 mm校核： ?a ??? t ??Z max ??Z min0.030 ??0.020 ??0.050mm ??0.240??0.132 ??0.108mm經(jīng)計算證明所取的??a 、??t 是合適的，且凸凹模可以單獨加工，考慮零件要求和模具制造情況，可以適當放大制造公差為：??t ??0.4(Z max ??Z min ) ??0.4??0.108 ??0.043mm150.040?0.0650?a ??0.6( Z max ??Z min ) ??0.6??0.108 ??0.065mm0 0所以 dt ??(32.24 ??0.5??0.62)?0.065 ?0.065?0.043 ??32.55?0.043 mmda ??(32.55??0.132) 0 ??32.680 mm(3)拉深刃口尺寸計算拉深模的間隙是指凸模和凹模在配合時工作時橫向尺寸的差值。間隙過小會使得工件的質(zhì)量較好，但是由于間隙過小時工件由于不易進入沖壓間隙而使得其被拉斷，且容易導(dǎo)致模具磨損嚴重，壽命低。間隙過大時模具壽命雖提高，但由于間隙過大時不能壓住工件的邊而引起工件起皺、變厚，側(cè)壁不直等問題，此時工件質(zhì)量不能得到保障。因此，在確定間隙大小時，我們要考慮到板料公差和毛坯口部增厚現(xiàn)象對間隙大小的影響，因此間隙值通常會比毛坯厚度略大一些[10]。拉深凸模、凹模計算公式如表 5.10。表 5.10 拉深凸、凹模工件部分尺寸計算公式t式中 Dmax 、 Dmin ：圓筒形件最大直徑和最小直徑，非圓筒形件則應(yīng)按標注形式確定[11]每個部位的最大、最小尺寸 。??：拉深件公差，默認 ????1??t 、 ??a ：凸、凹模制造偏差，一般按照 IT 9 ~ IT10 級取值根據(jù)表 5.11 和 5.12 計算間隙值。表 5.11 有壓邊圈拉深時單邊間隙值16總拉深次數(shù) 拉深工序 單邊間隙 Z / 21 一次拉深 (1 ~ 1.1)t第一次拉深 1.1t2第二次拉深 (1 ~ 1.05)t… …尺寸標注形式 設(shè)計基準 計算公式標注外形 D ?? 凹模 Da ??(Dmax ??0.75?) ??aDt ??(Dmax ??0.75????z )??標注內(nèi)形 D ? ?? 凸模 dt ??(dmin ??0.4?) ??tda ??(dmin ??0.4????z )??a表 5.12 標準公差數(shù)值由表 5.11 拉深凸模和凹模的單邊間隙可按式由表 5.12 得??t ??0.16mm ? ?a ??0.16mm則凹模尺寸為： Dmax ??126mmZ2 ??1t 計算,Z2 ??1?1.5mm ??1.5mm所以 Da(126 ??0.75?1) ?0.160 ??125.250 mm凸模尺寸為： Dmax ??126mm ， Z ??3mm0 0所以 Dt ??(126??0.75?1??3) ?0.160 ??122.25??0.160 mm(4)翻邊刃口尺寸計算凸模尺寸為： dt ??(dmin ??0.4?)0?? t ??a凹模尺寸為： da ??( dmin ??0.4????z ) 0查上表得 ?t ??0.02mmZ?a ??0.03mmZ2 ??(0.75 ~ 0.85)t ??1.125 ~ 1.275mm所以取 2 ??1.2mm 即 Z ??2.4 mm則 dt ??(42 ??0.4??0.62) 0?0.020 ??42.25?0.020 mmda ??( 42.25 ??2.4) ?0.0300 ??44.65 ?0.0300 mm5.5 四工序復(fù)合模結(jié)構(gòu)的設(shè)計5.5.1 凹模(1)凹模的外形結(jié)構(gòu)與固定方法凹模的結(jié)構(gòu)形式較多，按外形可分為標準圓凹模和板狀凹模；按結(jié)構(gòu)可分為整體式和鑲拼式 。當凹模選用螺釘和銷釘定位固定的時候，我們要確保鏍孔間、鏍孔與銷孔及鏍孔或銷孔與凹?？陂g的間隔不可以太近，不然會對模具壽命造成影響 。通常的鏍釘孔與銷孔、鏍孔或銷孔與凹?？谥g采取的間隔是超過孔的兩倍的直徑，其最小允許值可參考表 5.13 。17基本尺寸 / mm 公差等級 / ?m… IT10 …… … … …??80 ~ 120 … 140 …??120 ~ 180 … 160 …… … … …?0.160[12][13][14]表 5.13 鏍孔、銷孔之間及至刃壁的最小距離／mm(2)凹模的外形尺寸計算：在計算凹模的外形尺寸時，我們可由以下經(jīng)常使用的經(jīng)驗公式確定。凹模的厚度：H ??kb ( H ??15mm)凹模的壁厚：c ??( 2 ~ 3) H式中b ：凹?？椎淖畲髮挾? mm) ；K ：因數(shù)；可查表 5.14H :凹模厚度 (mm) ；c ：凹模壁厚 ( mm) ；表 5.14 系數(shù) k 的數(shù)值2000.50.30.20.150.1010.350.220.180.1220.420.280.200.1530.500.350.240.1830.600.420.300.2218取 K ??0.19則 H ??0.19 ? 152 ??29mm ，致使拉深凹模厚度的選擇應(yīng)該選擇 H ??29mm 的厚度。c ??60 ~ 90mm此處取凹模壁厚 c ??60 mm則凹模外形尺寸 D 為制件最大尺寸與凹模雙邊壁厚之和，即D ??b ??2c ??152 ??2??60 ??272mm依據(jù)冷沖模典型組合尺寸的相關(guān)標準，凹模外徑 D 取 315mm5.5.2 選擇模架及確定其他沖模零件（1）模架的選擇模架分為上模座和下模座，通過導(dǎo)柱和導(dǎo)套將上下模座連接起來，而沖壓零件必須安裝在模架上才能使模具具備完整的功能。模架的規(guī)格尺寸依據(jù)凹模周界尺寸和安裝要求確定。通常應(yīng)取模座的尺寸 L 大于凹模尺寸 40 ~ 60mm ，下模座的外形尺寸每邊應(yīng)超過沖床臺面孔邊 40 ~ 50mm 。模架分為鑄鐵和鑄鋼兩種材料。因為我考慮到了經(jīng)濟性和加工性，故選用鑄鐵模架。根據(jù)凹模周界尺寸 D ??315mm ，查表取其凹模周界范圍為63mm ?100 mm ~ 630mm ??380mm 。查冷沖模國家標準，取得上、下模座的規(guī)格為：上模座 315 ??315 ?50 GB /T 2855.1 ??81下模座 315 ??315 ??60 GB /T 2855.2 ??81（2）導(dǎo)向零件為了達到確保模具具備較高的精度和壽命的目的，在操作過程中都會對批量較大、公差要求較高的沖件，通常都先采用導(dǎo)向零件對上、下模進行導(dǎo)向，以確保上模相對于下模的準確活動模式。導(dǎo)向零件可分為導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)板三種，導(dǎo)柱和導(dǎo)套是生產(chǎn)中最經(jīng)常使用的導(dǎo)向零件。在選取導(dǎo)柱、導(dǎo)套的尺寸規(guī)格的時候，要考慮到所選的標準模架和模具現(xiàn)實閉合高度來，還要確保它們有充足的導(dǎo)向長度[15]。查手冊得導(dǎo)柱、導(dǎo)套的規(guī)格為：導(dǎo)柱 A 45 ??200 GB /T 2861.1??81；導(dǎo)柱 A 50 ??200 GB /T 2861.6 ??81；導(dǎo)套 45 ?125 ??48 ；導(dǎo)套 A 50 ?125 ??48 GB /T 2861.6 ??81因為落料模的工作路程并不小，為了確保導(dǎo)向零件有充足的導(dǎo)向長度，我們對導(dǎo)柱、h619GB /T 2861.6 ??81H 7導(dǎo)套進行加長操作，加長導(dǎo)柱至340mm ，加長導(dǎo)套至 140mm 。導(dǎo)柱、導(dǎo)套間選用 的間隙配合，導(dǎo)柱與下模座選用（3）凸模固定板與墊板H 7r6 過盈配合，導(dǎo)套與上模座配合為H 7r6 的過盈配合 。要想將凸模固定在上模座或下模座的正確的位置上，那就要用到凸模固定板。凸模固定板其外形尺寸一般與凹模保持一致，通常為長方形或圓形的板件，其厚度可選取凹模厚度的 3/5~4/5。固定板與凸模為 H 7 / m6 或 H 7/ n6 過渡配合配合，壓裝后必須將凸模端面與固定板一并磨平。為了預(yù)防模座被擠壓從而產(chǎn)生損傷，可以通過墊板的使用來承受并擴散凸?；蛩哪魉偷膲毫Α１敬螇|板厚度分別選取 30mm 和 45mm 。由于國家已經(jīng)建立了標準，所以可從標準中選取固定板和墊板的尺寸。查表得：固定板的尺寸為 315?10 ??20 鋼 JB / T 7642.5 ?1994 ，而上、下墊板的尺寸為 315?10 ??35 鋼JB / T 7643.6 ??1994。（4）緊固件螺釘和銷釘是沖模過程中必備的緊固件，兩者均屬標準件，類型有許多，它們在沖模過程中分別起到的作用是聯(lián)接固定和定位。在現(xiàn)實操作中，較為廣泛使用的螺釘和銷釘分別是內(nèi)六角螺釘和圓柱銷。螺釘規(guī)格可參照下表 5.15 選擇。銷釘?shù)墓Q直徑可選取與螺釘差不多一樣或小一號的規(guī)格尺寸 。表 5.15 螺釘規(guī)格的選用已知凹模厚度 H ??30mm ，查表 5.15 選取規(guī)格為 M 10 的螺釘，?[??]式中： F ：工作拉力， ( N ) ；d ：螺栓危險截面的直徑， (mm) ；a螺釘?shù)膹姸刃：耍河捎诼葆數(shù)牟牧弦话氵x用 45 號鋼，其抗剪強度??為 440 ~ 560 MPa ，抗拉強度?aa由以前的計算得， F ??13KNb 為20凹模厚度 H / mm 螺釘規(guī)格 凹模厚度 H / mm 螺釘規(guī)格??13 M 4 、 M 5 ??25 M 8 、 M 10??13 ~ 19 M 5 、 M 6 ??32 M 10 、 M 12??19 M 6 、 M 8[16][17]4Fd?：螺栓材料的許用拉應(yīng)力， ；。取則 d ? 4?13KN3.14??550MPa??6mm所以選取 M 10 螺釘和?10 銷釘。銷釘與銷孔之間選用 H 7 / m6 或 H 7 / n6 的過渡配合配合。（5）傳力桿表 5.16 傳力桿及項桿承載能力由于卸料力 F 卸 ??13KN ，由表 5.16 得頂桿的直徑選為 8mm 。5.5.3 凸模（1）凸模的結(jié)構(gòu)形式與固定方法因為沖壓件多種多樣，所以在設(shè)計上凸模類型也多種多樣。凸模的結(jié)構(gòu)形式按整體結(jié)構(gòu)分，有整體式和護套式等；按工作截面形狀分為有圓形、方形等。本次設(shè)計采用直通式凸模，凸模固定板做成臺階式，凸模固定板與凸模在臺階處使用 H 7 / m6 或 H 7 / n6的過渡配合。（2）凸模長度計算凸模的長度尺寸在確定時必須考慮模具的具體結(jié)構(gòu)、修磨量以及固定板與卸料板之間的安全距離。凸模長度可按下式計算Lt ??t1 ??t2 ??t3 ??ltt1 ：凸模固定板的厚度， mm ；t2 ：卸料板的厚度， mm ；3l ：附加長度，包括：凸模進入凹模的深度 0.5 ~ 1mm ；總修磨量 6 ~ 12mm ；13由前面的選擇得 t1 ??20mm ， t2 ??20mm ， t3 ??30mm ， l ??72 ??9??1 ??82mm 。則凸模21直徑 / mm 截面積 / mm2承載能力 / KN 直徑/ mm 截面積 / mm2承載能力 / KN6 82 11 16 200 808 50 20 18 254 10110 78 31 20 314 12512 113 45 22 380 15214 153 61 26 530 212L mm ；t mm ；[18]h ??21mm t ??30mm長度為 Lt ??20 ??20 ??30 ??82 ??152mm 。5.5.4 沖模各零件的材料及熱處理要求零件材料及熱處理模具的要求可參照下表選擇，詳情見表 5.17。表 5.17 普沖模具主要零件材料及硬度要求零件名稱上、下模座凸模凹模凹凸模模柄導(dǎo)柱導(dǎo)套凸、凹模固定板托料板卸料板導(dǎo)尺擋料銷導(dǎo)正銷、定位銷墊板螺釘銷釘推桿、頂桿頂板拉深模壓邊圈螺母、墊圈、螺塞定位側(cè)刀、廢料切刃側(cè)刃擋板定位板楔塊與滑塊彈簧選用材料牌號HT200、HT250ZG230-450、ZG310-570Q2359CrSi、CrWMn、Cr12. Cr12MoVQ27515、2015、20Q275、45Q235、Q275、45Q235、Q275Q275、4545、T8A9Mn2V. T8A45、T8A45454545鑄鐵、T8AQ235T10AT8A、T10A、T10A45、T845、T8A65Mn. 60Si2MnA熱處理------------淬硬----滲碳淬火滲碳淬火------------淬火淬火淬火淬火頭部淬火淬火淬火淬火淬火----淬火淬火淬火淬火淬火硬度 HRC58～6260～6460～6458～6258～6243～48 (45 鋼) 、52～56(T8A)52～5643～48 (45 鋼) 、54～58(T8A)43～4843～4843～4843～48 (45 鋼) 、54～58(T8A)56～60 (T8A)5 6～605 6～6043～48 (45 鋼) 、52～56 (T8)43～48 (45 鋼) 、52～59(T8A)40～48225.5.5 卸料板確定卸料板一般分為剛性卸料板和彈性卸料板。剛性卸料板通過銷釘確定好位置后用螺釘將其牢固地固定在上模，剛性卸料板能承受較大的卸料力，因而經(jīng)常使用于厚板料沖壓件的卸料。彈性卸料工作空間敞開，相比剛性卸料板具有操作簡易方便，生產(chǎn)效率高的優(yōu)點，且可在沖壓前對毛坯進行預(yù)壓，沖壓后也可以沖壓件平穩(wěn)卸料[19]。但因受到彈簧、橡膠等零件的限制和結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的原因，彈性卸料的卸料力較小，可靠安全性相對剛性卸料板較低。盡管本次設(shè)計的模具卸料力較小，可力還是需要分散，因此決定選用彈性卸料。彈簧是模具制造中普遍使用